KR100899973B1 - 반도체 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

복수개의 연마 테이블들, 복수개의 연마 헤드들 및 복수개의 로드/언로드 스테이션들을 포함하는 주 연마 구조물과, 부가 연마 테이블 및 부가 연마 헤드를 포함하는 부가 연마 구조물을 포함하는 반도체 웨이퍼 연마장치가 개시된다. 상기 부가 연마 구조물은 부가 연마 테이블 및 부가 연마 헤드를 갖는 보다 큰 연마 구조물을 형성하기 위해 상기 주 연마 구조물에 부착될 수 있다.
Figure R1020070057913
연마, 테이블, 부가, 헤드, CMP

Description

반도체 웨이퍼 연마 장치{SEMICONDUCTOR WAFER POLISHING APPARATUS}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치의 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 도1의 연마 장치를 사용하여 확장된 연마 장치의 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 도1의 연마 장치의 프레임 구조물의 정면도이다.
도4는 도3의 프레임 구조물의 측면도이다.
도5는 본 발명의 대체 실시예에 따른 도1의 연마 장치의 정면도이다.
도6은 도5의 연마 장치의 일부를 나타내는 확대 도면이며, 연마 헤드 조립체, 이와 결합된 직선 구동 기구 그리고 이와 결합된 종점 검출 기구를 나타낸다.
도7은 도6에 나타낸 부위의 단면도이다.
도8은 본 발명에 따른 도2의 확장된 연마 장치의 정면도이다.
도9는 도5의 연마 장치의 일부의 단면도이며, 본 발명의 실시예에 따른 인클로징(enclosing) 구조물을 나타낸다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 인클로징 구조물의 개구부(opening)와 개구부에서의 얇은 목(neck) 부위를 보여 주는 도면이다.
본 발명은 일반적으로 반도체 공정 장치들, 더 구체적으로는 연마 장치에 관한 것이다. 본 출원은 2006년 6월 14일 출원된 미국 가출원 번호 60/813,498호, 2006년 7월 13일 출원된 미국 가출원 번호 60/830,472호, 2006년 9월 13일 출원된 미국 가출원 번호 60/844,578호의 이익을 향유할 권리를 가지며, 이들은 참조로서 여기에 통합된다.
화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 반도체 소자들의 제조 과정에서 평탄화를 위하여 널리 사용된다. 일반적으로 CMP 공정은 웨이퍼 표면과 연마면 사이로 공급되는 연마용액과 같은 용액을 사용하여 연마 패드(pad)와 같은 연마면 상에서 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 것을 포함한다. CMP 공정에 따라서는 반도체 웨이퍼 상에 하나의 평탄화된 층을 만들기 위하여 복수의 CMP 단계들이 수행될 수 있다. 예를 들면, 복수의 CMP 단계들은 구리 다마신(damascene) 구조들을 가지는 반도체의 제조 과정 중에 수행될 수도 있다.
다단계 CMP 공정들을 적용하기 위해서 복수의 연마 스테이션(station)들을 가지는 CMP 장치들이 개발되어 왔다. 이러한 전통적인 CMP 장치들은 각각의 CMP 장치가 단지 특정한 다단계 CMP 공정들만을 수행할 수 있으며, 이는 그 CMP 장치의 연마 스테이션들의 수에 의존한다. 예를 들면, 2 단계 직렬 CMP 공정들을 위하여 고안된, 2 개의 직렬로 배열된 연마 장치들을 가지는 CMP 장치는 3 단계 직렬 CMP 공정들을 수행할 수 없다.
이러한 관점에서 다른 수의 다단계 CMP 공정들을 수행할 수 있는 연마 장치가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다른 수의 다단계 CMP 공정들을 수행할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 장치는 주(main) 연마 구조물(structure)과 부가(add-on) 연마 구조물을 포함하는데, 주 연마 구조물은 복수의 연마 테이블(table)들, 복수의 연마 헤드(head)와 복수의 로드(load)/언로드(unload) 스테이션들을 포함하며, 부가 연마 구조물은 부가적인 연마 테이블과 부가적인 연마 헤드를 포함한다. 부가 연마 구조물은 부가 연마 테이블과 부가 연마 헤드를 가지는 더 큰 연마 구조물을 형성하기 위하여 주 연마 구조물에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 장치는 주 연마 구조물과 부가 연마 구조물을 포함한다. 주 연마 구조물은 복수의 연마 테이블들, 주 프레임 구조물에 결합되어 동작할 수 있는, 복수의 연마 헤드들과 복수의 로드/언로드 스테이션들을 포함한다. 연마 헤드들은 각각의 연마 헤드들이 연마 테이블들의 하나와 로드/언로드 스테이션들의 적어도 하나 사이에서 움직여 질 수 있도록 주 프레임 구조물에 결합된다. 부가 연마 구조물은 부가 프레임 구조물에 결 합된 부가 연마 테이블과 부가 연마 헤드를 포함한다. 부가 연마 구조물은 부가 연마 테이블과 부가 연마 헤드를 가지는 더 큰 연마 구조물을 형성하기 위하여 주 연마 구조물에 부착되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 장치는 주 연마 구조물과 부가 연마 구조물을 포함한다. 주 연마 구조물은 복수의 연마 테이블들, 주 프레임 구조물에 결합되어 동작할 수 있는, 복수의 연마 헤드들 그리고 복수의 로드/언로드 스테이션들을 포함한다. 연마 테이블들과 로드/언로드 스테이션들은 각 연마 테이블이 로드/언로드 스테이션들 사이에 위치하도록 배치된다. 연마 헤드들은 각각의 연마 헤드들이 연마 테이블들의 하나와 로드/언로드 스테이션들 중 두 개 사이에서 직선으로 움직여 질 수 있도록 주 프레임 구조물에 결합된다. 연마 테이블들의 하나는 로드/언로드 스테이션들 중의 두 개 사이에 배치된다. 부가 연마 구조물은 부가 프레임 구조물에 결합된 부가 연마 테이블, 부가 연마 헤드 그리고 복수 개의 부가 로드/언로드 스테이션들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 장치는 주 연마 구조물과 부가 연마 구조물을 포함한다. 주 연마 구조물은 제1 연마 테이블, 그리고 주 프레임 구조물에 결합되어 동작할 수 있는 제1연마 헤드와 제1 로드/언로드 스테이션을 포함한다. 제1 연마 헤드는 제1 직선 레일을 사용하여 제1 연마 헤드가 반도체 웨이퍼들을 제1 연마 테이블로부터 제1 로드/언로드 스테이션으로 직선적으로 이송할 수 있도록 주 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합된다. 부가 연마 구조물은 부가 프레임 구조물에 결합되어 동작할 수 있는 제2연마 테이블 과 제2 연마 헤드를 포함한다. 제2 연마 헤드가 반도체 웨이퍼들을 제1 로드/언로드 스테이션으로부터 받아서 제2 연마 테이블에서 연마할 수 있도록 제2 연마 헤드는 적어도 제2 직선 레일을 사용하여 제1 로드/언로드 스테이션으로부터 제2 연마 테이블로 반도체 웨이퍼들을 직선적으로 이송할 수 있도록 부가 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합된다. 부가 연마 구조물은 제1 직선 레일과 제2 직선 레일이 하나의 곧게 연결된 직선 레일을 형성하게끔 정렬되도록 주 연마 구조물에 장착되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 관점과 장점들은 본 발명의 원리들의 예를 사용하여 도시된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
이하 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도1을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치(1)가 기술된다. 연마 장치(1)는 연마 테이블들(30a, 30b), 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a' 40b, 40b' 40c, 40c'), 연마 헤드들(51a, 51a', 51b, 51b'), 그리고 도1에 사각형으로서 일반적으로 표시되어진 프레임 구조물(3)을 포함한다. 연마 테이블들(30a, 30b), 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a', 40b, 40b' 40c, 40c'), 그리고 연마 또는 캐리어(carrier) 헤드들(51a, 51a', 51b, 51b')은 직접 또는 간접적으로 프레임 구조물(3)에 부착된다. 프레임 구조(3)는 도3과 4를 참조하여 아래에 더 상세하게 설명된다.
도1에 보여지는 것처럼, 연마 테이블들(30a, 30b) 그리고 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a', 40b, 40b', 40c, 40c')은 제1 연마 테이블(30a)이 제1 및 제2 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a')과 제3 및 제4 로드/언로드 스테이션들(40b, 40b') 사이에 위치하고, 제2 연마 테이블(30b)이 제3 및 제4 로드/언로드 스테이션들(40b, 40b')과 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c') 사이에 위치하도록 프레임 구조물(3)에 부착된다. 제1 연마 헤드(51a)는 연마 헤드(51a)가 제1 로드(40a), 제1 연마 테이블(30a) 그리고 제3 로드(40b) 사이에서 직선적으로 움직여질 수 있도록 프레임 구조물(3)에 부착된다. 제2연마 헤드(51a')는 연마 헤드(51a')가 제2 로드(40a'), 제1 연마 테이블(30a) 그리고 제4 로드(40b') 사이에서 직선적으로 움직여질 수 있도록 프레임 구조물(3)에 부착된다.
마찬가지로, 제3 연마 헤드(51b)는 연마 헤드(51b)가 제3 로드(40b), 제2 연마 테이블(30b) 그리고 제5 로드(40c) 사이에서 직선적으로 움직여질 수 있도록, 그리고 제4 연마 헤드(51b')는 연마 헤드(51b')가 제4 로드(40b'), 제2 연마 테이블(30b) 그리고 제6 로드(40c') 사이에서 직선적으로 움직여질 수 있도록 프레임 구조물(3)에 부착된다.
본 발명의 실시예에 따른 연마 장치(1)의 작동이 기술된다. 연마될 두 개의 반도체 웨이퍼들이 웨이퍼 이송 로봇들과 같은 하나 또는 그 이상의 외부 장치들(도시되지 않음)에 의하여 제1 및 제2 로드(40a, 40a')으로 전달된다. 연마 헤드들(51a, 51a')이 각각 제1 및 제2 로드 스테이션들(40a, 40a')로부터 제1 연마 테이블(30a)로 웨이퍼들을 전달하며, 웨이퍼들은 제1 및 제2 연마 헤드들(51a, 51a')에 의하여 제1 연마 테이블(30a) 상에서 연마된다.
제1 연마 테이블(30a) 상에서 웨이퍼들이 연마된 후에, 웨이퍼들은 각각 제1 및 제2 연마 헤드들(51a, 51a')에 의하여 제3 및 제4 로드/언로드 스테이션들(40b, 40b')로 전달된다. 제1 및 제2 연마 헤드들(51a, 51a')은 다음 두 웨이퍼들을 처리하기 위하여 제1 및 제2 로드 스테이션들(40a, 40a')로 되돌아 간다. 제3 및 제4 연마 헤드들(51b, 51b')이 각각 제3 및 제4 로드 스테이션들(40b, 40b')로부터 제2 연마 테이블(30b)로 웨이퍼들을 전달하며, 웨이퍼들은 제3및 제4 연마 헤드들(51b, 51b')에 의하여 제2 연마 테이블(30b) 상에서 더 연마된다.
제2 연마 테이블(30a) 상에서 웨이퍼들이 연마된 후에, 웨이퍼들은 각각 제3 및 제4 연마 헤드들(51b, 51b')에 의하여 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')로 전달된다. 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c') 상의 연마된 웨이퍼들은 웨이퍼 이송 로봇들과 같은 하나 또는 그 이상의 외부 장치들(도시되지 않음)에 의하여 다음 목적지로 이송될 수 있다. 제3 및 제4 연마 헤드들(51b, 51b')은 다음 두 웨이퍼들을 계속해서 처리하기 위하여 제3 및 제4 로드 스테이션들(40b, 40b')로 되돌아 간다.
연마 테이블들(30a, 30b) 상에서 웨이퍼들을 연마하기 위하여 용액이 연마 테이블들 상에 분사된다. 한 실시예에 따르면, 연마 입자들을 포함하는 연마제가 연마 패드들 상에 분사되는데, 연마 패드들은 연마 테이블들(30a, 30b) 상에 부착된다. 연마 테이블들(30a, 30b) 상의 연마 패드들은 패드 컨디셔너들(91a, 91b, conditioner)에 의하여 컨디션되는데 컨디셔너들은 각 컨디셔너가 그 패드 컨디셔너에 의하여 컨디션되는 연마 패드의 다른 부위들로 접근하도록 직선적으로 움직여 질 수 있도록 프레임 구조물(3)에 부착된다.
연마 장치(1)는 두 개의 연마 테이블들을 가지고 있으므로, 연마 장치(1)는 반도체 웨이퍼들 상에서 두 개의 CMP 공정들을 순차적으로 수행할 수 있다. 따라서 연마 장치(1)는 두 개의 직렬 CMP공정들을 필요로 하는 제조 방법들을 실행하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나 전통적인 연마 장치와는 달리 연마 장치(1)는 두 개 이상의 순차적인 CMP 공정들을 수행하도록 수정되거나 구성되어 질 수 있다.
한 실시예에 따라, 연마 장치(1)는 연마 장치(1)에 부가 연마 구조물(5)을 부착함으로써 도2에 나타내어진 더 크고 확장된 연마 장치(10)로 변환될 수 있다. 따라서 연마 장치(1)는 부가 연마 구조물(5)가 부착되어 확장된 연마 장치(10)을 형성할 수 있는 주 연마 구조물이다.
도2에 나타내어진 것처럼, 부가 연마 구조물(5)은 연마 테이블(30c), 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d'), 연마 헤드들(51c, 51c'), 패드 컨디셔너(91c), 그리고 도2에 사각형으로 나타내어진 부가 프레임 구조물(7)을 포함한다. 연마 테이블(30c), 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d'), 그리고 연마 헤드들(51d, 51d')은 직접 또는 간접적으로 부가 프레임 구조물(7)에 부착된다. 부가 프레임 구조(7)는 도8을 참조하여 아래에 더 상세하게 설명된다.
도2에 보여지는 것처럼, 제3 연마 테이블(30c) 그리고 제7 및 제8 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d')은, 부가 연마 구조물(5)이 연마 장치(1)에 부착될 때 제3 연마 테이블(30c)이 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')과 제7 및 제8 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d') 사이에 위치하도록 부가 프레임 구조물(7)에 부착된다.
제5 연마 헤드(51c)는 제5 연마 헤드(51c)가 제5 로드/언로드 스테이션(40c), 제3 연마 테이블(30c) 그리고 제7 로드/언로드 스테이션(40d) 사이에서 직선적으로 움직여 질 수 있도록 부가 프레임 구조물(7)에 부착된다. 제6 연마 헤드(51c')는 제6 연마 헤드(51c')가 제7 로드/언로드 스테이션(40c'), 제3 연마 테이블(30c) 그리고 제8 로드/언로드 스테이션(40d') 사이에서 직선적으로 움직여 질 수 있도록 부가 프레임 구조물(7)에 부착된다.
본 발명의 실시예에 따른 확장된 연마 장치(10)의 작동이 설명된다. 원래의 연마 장치(1)에 해당하는 부분에 대해서는 확장된 연마 장치(1)의 작동이 도1의 연마 장치(1)의 작동과 유사하므로 반복 설명되지 않을 것이다.
웨이퍼들이 각각 제3 및 제4 연마 헤드들(51b, 51b')에 의하여 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')로 전달된 후에 , 제5 및 제6 연마 헤드들(51c, 51c')은 웨이퍼들을 각각 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')로부터 제3 연마 테이블로 전달하며, 웨이퍼들은 제5 및 제6 연마 헤드들(51c, 51c')에 의하여 제3 연마 테이블(30c) 상에서 연마된다.
웨이퍼들이 제3 연마 테이블(30c) 상에서 연마된 후에, 웨이퍼들은 각각 제5 및 제6 연마 헤드들(51c, 51c')에 의하여 제7 및 제8 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d')로 전달된다. 제7 및 제8 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d')상의 웨이퍼들은 웨이퍼 이송 로봇들과 같은 하나 또는 그 이상의 외부 장치들에 의하여 다음 목적지로 전달될 수 있다. 제5 및 제6 연마 헤드들(51c, 51c')은 다음 두 개의 웨이퍼들을 계속해서 처리하기 위하여 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')로 되돌아 간다.
제3 연마 테이블(30c) 상에서 웨이퍼들을 연마하기 위하여, 용액이 제3 연마 테이블(30c) 상에 분사된다. 한 실시예에 따르면, 연마 입자들을 포함하는 연마제가 제3 연마 패드(30c) 상에 분사되는데, 제 3 연마 패드는 제3 연마 테이블(30c) 상에 부착된다. 제3 연마 테이블(30c) 상의 연마 패드는 제3 패드 컨디셔너(91c)에 의하여 컨디션되는데 제3 컨디셔너는 제3 컨디셔너가 제3 연마 테이블(30c) 상의 연마 패드의 다른 부위들로 접근하도록 직선적으로 움직여 질 수 있도록 부가 프레임 구조물(7)에 부착된다.
확장된 연마 장치(10)가 3 개의 연마 테이블들을 가지고 있으므로, 확장된 연마 장치는 반도체 웨이퍼들 상에서 3 개의 CMP 공정들을 순차적으로 수행할 수 있다. 따라서 연마 장치(1)는 2 개의 CMP 공정들을 순차적으로 수행하기 위하여 사용되거나 3 개의 CMP 공정들을 순차적으로 수행할 수 있도록 연마 장치(10)로 변환될 수 있다.
그러나 또 다른 실시예들에서, 연마 장치(1)와 확장된 연마 장치(10)는 연마 장치(1)가 2 개 이상의 CMP 공정들을 순차적으로 수행할 수 있도록, 그리고 확장된 연마 장치(10)가 3 개 이상의 CMP 공정들을 순차적으로 수행할 수 있도록 기술된 숫자들보다 더 많은 연마 테이들을 포함하도록 개조될 수도 있다. 또 다른 실시예 들에서, 더 많은 연마 테이블들을 가지는 더 큰 연마 구조물을 형성하기 위하여 하나 이상의 부가 연마 구조물이 연마 장치(1)에 부착될 수도 있다.
도3 및 도4로 되돌아가서, 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구조물(3)이 나 타내어진다. 도3은 연마 장치(1)의 프레임 구조물의 정면도를 보여 준다. 도4는 연마 장치(1)의 프레임 구조물(3)의 측면도를 보여준다.
도3에서 잘 보여지는 것처럼, 프레임 구조물(3)은 하부 지지 구조물(21a, 21b, 21c)를 포함한다. 제1 하부 지지 구조물(21a)은 도4에 도시된 것처럼 수직부(26a)와 경사부(26a')를 포함한다. 수직부(26a)의 한 쪽 끝단은 제1 베이스(base) 프레임(23a)의 제1 끝단 근처에서 제1 베이스 프레임(23a)에 연결되며, 제1 베이스 프레임(23a)은 다리들(24a) 위에 장착된다. 수직부(26a)의 또 다른 끝단은 경사부(26a')의 한 쪽 끝단에 연결된다. 경사부(26a')의 또 다른 끝단은 제1 중간 마운팅 플레이드(25a)의 하부면의 중심부에 연결된다.
제2 하부 지지 구조물(21b)도 수직부(26b)와 경사부(26b')를 포함한다. 수직부(26b)의 한 쪽 끝단은 제2 베이스 프레임(23b)의 제1 끝단 근처에서 제2 베이스 프레임(23b)에 연결되며, 제2 베이스 프레임(23b)은 다리들(24b) 위에 장착된다. 수직부(26b)의 또 다른 끝단은 경사부(26b')의 한 쪽 끝단에 연결된다. 경사부(26b')의 또 다른 끝단은 제2 중간 마운팅 플레이트(25b)의 하부면의 중심부에 연결된다.
제3 하부 지지 구조물(21c)도 수직부(26c)와 경사부(26c')를 포함한다. 수직부(26c)의 한 쪽 끝단은 제3 베이스 프레임(23c)의 제1 끝단 근처에서 제3 베이스 프레임(23c)에 연결되며, 제3 베이스 프레임(23c)은 다리들(24c) 위에 장착된다. 수직부(26c)의 또 다른 끝단은 경사부(26c')의 한 쪽 끝단에 연결된다. 경사부(26c')의 또 다른 끝단은 제3 중간 마운팅 플레이트(25c)의 하부면의 중심부 에 연결된다.
프레임 구조물(3)은 하부 마운팅 플레이트(22a)를 더 포함하는데, 하부 마운팅 플레이트(22a)는 제1, 제2 및 제3 하부 지지 구조물들(21a-21c)의 수직부들(21a-21c)에 장착된다. 프레임 구조물(3)은 상부 지지 구조물들(11a, 11b, 11c)도 포함한다. 제1 상부 지지 구조물(11a)은 제1 중간 마운팅 플레이트(25a)의 상부면 상에 장착된다. 제2 상부 지지 구조물(11b)은 제2 중간 마운팅 플레이트(25b)의 상부면 상에 장착된다. 제3 상부 지지 구조물(11c)은 제3 중간 마운팅 플레이트(25c)의 상부면 상에 장착된다.
제3 프레임 구조물(3)은 상부 마운팅 플레이트(12a)를 더 포함하는데, 제3 프레임 구조물(3)은 마운팅 플레이트(12a)의 제1 측면 끝단이 제1 상부 지지 구조물(11a)에 연결되고 마운팅 플레이트(12a)의 하부면이 제2 상부 지지 구조물(11b) 상에 장착되도록 상부 지지 구조물들(11a, 11b)에 접합된다. 상부 마운팅 플레이트(12a)는 마운팅 플레이트(12a)의 제2 측면 끝단이 제3 상부 지지 구조물(11c)에 결합되도록 제3 상부 지지 구조물(11c)에 결합된다. 상부 지지 구조물(11c)은 돌출(male) 부위(18)를 포함하며, 돌출 부위는 상부 마운팅 플레이트(12a)의 제2 측면 끝단의 함몰(female) 부위에 결합된다.
프레임 구조물(3)은 상부 프레임(17a)를 포함하는데, 상부 프레임은 제1 및 제3 상부 지지 구조물들(11a, 11c)에 그 들의 상부에서 장착된다. 하부 직선 레일들(13a, 13a', rails), 상부 직선 레일들(14a, 14a') 그리고 컨디셔너 직선 레일들(15a, 15b)은 마운팅 플레이트(12a)에 장착된다. 제1 하부 직선 레일(13a)과 제1 상부 직선 레일(14a)은 레일들(13a, 14a)이 마운팅 플레이트(12a)의 정면의 횡축면에 평행하도록 마운팅 플레이트(12a)의 정면 수직면 상에 장착된다. 따라서 레일들(13a, 14a)는 서로 평행하다.
제2 하부 직선 레일(13a')과 제2 상부 직선 레일(14a')은 레일들(13a', 14a')이 마운팅 플레이트(12a)의 뒷면의 횡축면에 평행하도록 마운팅 플레이트(12a)의 뒷면 수직면 상에 장착된다. 따라서 레일들(13a', 14a')은 서로 평행하다. 제1 컨디셔너 직선 레일(15a)과 제2 컨디셔너 직선 레일(15b)은 마운팅 플레이트(12a)의 바닥면에 장착되며 레일들(13a, 13a', 14a, 14a')에도 평행하다. 마운팅 플레이트(12a)의 하부면은 마운팅 플레이트(12a)의 앞뒷면들과 수직이다. 컨디셔너 레일들(15a, 15b)는 제2 상부 지지 구조물(11b)에 의하여 분리되며, 제2 상부 지지 구조물(11b)는 마운팅 플레이트(12a)의 하부면에 연결된다.
도5로 되돌아 가면, 연마 장치(1)의 정면도가 나타내어진다. 도5에는, 도3의 프레임 구조물(3)이 연마 테이블들(30a, 30b), 로드/언로드 스테이션들(40a, 40b, 40c) 그리고 연마 헤드들(51a, 51b)과 함께 나타내어진다. 그러나 도5에는 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a', 40b, 40b', 40c, 40c') 그리고 연마 헤드들(51a, 51a', 51b, 51b')은 숨겨져서 보이지 않는다.
도5에 나타내어진 것처럼, 연마 장치(1)는 연마 헤드들(51a, 51a', 51b, 51b') 각각에 대한 연마 헤드 조립체 그리고 패드 컨디셔너들(91a, 91b) 각각에 대한 패드 컨디셔너 조립체를 더 포함한다. 도5에는 연마 헤드들(51a, 51b) 각각에 대한 연마 헤드 조립체들(50a, 50b)만이 보여진다. 연마 헤드들(51a', 51b')에 각 각에 대한 다른 2 개의 연마 헤드 조립체들(50a', 50b')은 숨겨져서 보이지 않는다. 그러나 이러한 숨겨진 연마 헤드 조립체들은 보여지는 연마 헤드 조립체들(50a, 50b)과 유사하다. 연마 테이블들(30a, 30b)을 회전시키는 연마 테이블 구동 기구들(32a, 32b)도 도5에서 보여진다.
연마 테이블 구동 기구들(32a, 34b)은 프레임 구조물(3)의 제1 하부 마운팅 플레이트(22a)에 장착된다. 연마 테이블들(30a, 30b)은 각각 회전 샤프트들(31a, 31b)를 통하여 연마 테이블 구동 기구들(32a, 32b)에 연결된다. 연마 테이블(30a)은 회전 샤프트(31a)를 통하여 연마 테이블 구동 기구(32a)에 의하여 회전된다. 마찬가지로, 연마 테이블(30b)은 회전 샤프트(31b)를 통하여 연마 테이블 구동 기구(32b)에 의하여 회전된다. 제1 및 제2 로드/언로드 스테이션들(40a, 40a')은 제1 중간 마운팅 플레이트(25a)의 상부면에 장착된다. 제3 및 제4 로드/언로드 스테이션들(40b, 40b')은 제2 중간 마운팅 플레이트(25b)의 상부면에 장착된다. 제5 및 제6 로드/언로드 스테이션들(40c, 40c')은 제3 중간 마운팅 플레이트(25c)의 상부면에 장착된다.
제1 및 제3 연마 헤드 조립체들(50a, 50b)은 각각 연마 헤드들(51a, 51b)을 포함하는 이러한 연마 헤드 조립체들(50a, 50b)이 레일들(13a, 14a)을 따라서 직선으로 움직일 수 있도록 제1 하부 및 상부 직선 레일들(13a, 14a)에 장착된다.
마찬가지로, 제2 및 제4 연마 헤드 조립체들(50a', 50b', 도시되지 않음)은 각각 연마 헤드들(51a', 51b')을 포함하는 이러한 연마 헤드 조립체들(50a', 50b')이 레일들(13a', 14a')을 따라서 직선으로 움직일 수 있도록 제1 하부 및 상부 직 선 레일들(13a', 14a')에 장착된다.
제1 및 제2 패드 컨디셔너 조립체들(90a, 90b)은 각각 패드 컨디셔너(91a, 91b)를 포함하는 이러한 패드 컨디셔너 조립체들(90a, 90b)이 각각의 레일(15a, 15b)을 따라서 직선으로 움직일 수 있도록 제1 및 제2 컨디셔너 직선 레일들(15a, 15b)에 장착된다. 연마 테이블들(30a, 30b)의 각각에서 연마 과정의 종점 검출을 위하여, 그 연마 테이블의 연마 테이블 구동 기구(32a 또는 32b)에 결합된 전류 센서(34)가 사용될 수 있다. 전류 센서(34)는 연마 테이블 구동 기구의 모터를 회전시키기 위하여 사용되는 전류를 검출한다.
연마 테이블(30a, 30b) 상의 연마 패드와 그 연마 패드 상에서 연마되는 2 개의 웨이퍼들 사이의 마찰력이 변하면, 마찰력 변화에 의해 영향을 받지 않고 회전 속도를 일정하게 유지하기 위하여 전류가 변화된다. 전류 센서(34)는 이러한 전류 변화를 검출하여 종점을 결정하는데 사용될 수 있다.
그러나 전류 센서(34)는 동일한 연마 테이블(30a, 30b) 상에서 동시에 연마되는 2 개의 웨이퍼들 중 어느 것이 종점(end point)에 도달하였거나 접근해 가는지를 구분하는데는 사용될 수 없다. 이러한 문제를 풀기 위하여, 같은 연마 테이블(30a 또는 30b) 상에서 연마되는 2 개의 웨이퍼들 각각에 대한 연마 종점을 결정하기 위하여 전류 센서(34)가 로드 셀들 또는 다른 전류 센서들과 결합하여 사용될 수 있다.
도6과 도7을 참조하여, 연마 헤드 조립체(50a), 이와 결합되는 직선 구동 기구 그리고 이와 결합되는 종점 검출 기구들이 기술된다. 연마 헤드 조립체들(50a, 50a', 50b, 50b')은 서로 유사하므로 연마 헤드 조립체(50a) 및 이와 결합되는 기구들에 대한 묘사는 다른 연마 헤드 조립체들, 그들의 직선 구동 기구들 및 종점 검출 기구들에 대한 묘사로도 사용될 것이다.
도6은 연마 헤드 조립체(50a), 이와 결합된 직선 구동 기구 그리고 이와 결합된 종점 검출 기구의 정면도이다. 도7은 도6의 단면 A로부터의 측면도이다.
연마 헤드(51a)는 헤드 회전 샤프트(52a)를 통하여 헤드 회전 기구(53a)에 연결된다. 헤드 연마 기구(53a)는 지지 플레이트(54a)에 연결되며, 지지 플레이트(54a)는 샤프트(55a)를 통하여 헤드 수직 구동 기구(56a)에 연결된다.
헤드 수직 구동 기구(56a)는 헤드 조립체 플레이트(45a)에 장착된다. 지지 플레이트(54a)는 연마 헤드(51a)가 헤드 수직 구동 기구(56a)에 의하여 가이드 레일 플레이트(46a)의 가이드 레일을 따라서 수직으로 움직일 수 있도록 가이드 레일 플레이트(46a)에 장착된다. 헤드 조립체 플레이트(45a)는 하부 레일 그리퍼(47a, lower rail gripper) 및 상부 레일 그리퍼(47b, upper rail gripper)를 통하여 제1 하부 및 상부 직선 레일들(13a, 13b)에 미끄러져 움직일수 있도록 결합된다. 하부 및 상부 레일 그리퍼들(47a, 47b)은 각각 상부 및 하부 직선 레일들(13a, 14a)에 미끄러져 움직일 수 있도록 결합된다.
리드 넛(61, lead nut)은 헤드 조립체 플레이트(45a)에 결합된다. 리드 넛(61a)은 리드 스크루(71a, lead screw)에도 결합된다. 리드 스크루(71a)의 한 쪽 끝은 헤드 이동 모터(70a)에 연결되며, 헤드 이동 모터(70a)는 적어도 하나의 탄성 금속 또는 폴리퍼 플레이트(72a)에 의하여 상부 프레임(17a)로부터 매달려진다. 리 드 스크루(71a)는 베어링(70b, bearing)에 연결되며, 베어링(70b)은 적어도 하나의 탄성 금속 또는 폴리퍼 플레이트(72b)에 의하여 상부 프레임(17a)로부터 매달려진다.
제1 및 제2 위치 센서들(73a, 73b)가 이 위치 센서들이 연마 헤드 조립체(50a)가 위치 센서들을 지나가는 순간을 검출할 수 있도록 제1 상부 프레임(17a)에 장착된다. 기준 핀(62a, reference pin)은 기준 핀이 연마 헤드 조립체(50a)가 위치 센서를 지나갈 때 위치 센서들(73a, 73b)의 하나를 작동할 수 있도록 헤드 조립체 플레이트(45a)에 장착된다. 제1 위치 센서(73a)의 위치는 제1 위치 센서(73a)가 기준 핀(62a)을 감지할 때 제1 연마 헤드(51a)가 제1 로드/언로드 스테이션(40a)와 정렬되도록 상부 프레임(17a)을 따라서 설정된다.
한 실시예에서, 제1 연마 테이블(30a) 상에서 제1 연마 에드(51a)에 의하여 연마 되는 반도체 웨이퍼에 대하여 연마 공정의 종점을 검출하기 위하여 로드 셀(74a, load cell)이 전류 센서(34)와 함께 사용된다.
연마 공정 중에 제1 연마 헤드(51a)는 주기적으로 리드 스크루(71a)를 따라서 앞뒤 방향으로 직선적으로 움직인다. 제1 연마 헤드 조립체(50a)를 움직이기 위한 토크(torque)는 로드 셀(74a)에 의하여 검출된다. 제1 연마 테이블 상의 연마 페드와 제1 연마 헤드(51a)에 의하여 연마되는 웨이퍼 사이의 마찰력이 변함에 따라 토크가 변한다.
웨이퍼 상에 증착된 상부층이 평탄화되거나 상부층이 연마 공정에 의하여 제거된 후에 웨이퍼 상에 증착된 하부층이 노출될 때 마찰력이 변한다. 로드 셀(74a) 을 사용하여 토크 변화를 검출하고 전류 센서(34)를 이용하여 연마 테이블 구동 기구(32a)의 모터 전류 변화를 검출함으로써 연마 공정의 종점이 검출된다.
제2 연마 헤드에 의하여 연마되는 웨이퍼에 대하여 연마 공정의 종점을 검출하기 위하여 제2 연마 헤드(51a')에 대해서 유사한 로드 셀이 사용될 수 있다. 따라서 연마 테이블(30a) 상에서 동시에 연마되는 2 개의 웨이퍼 각각에 대한 종점이 개별적으로 검출될 수 있다.
구체적으로, 2 개의 연마 헤드들과 결합된 로드 셀들을 사용하여 같은 연마 테이블 상에서 2 개의 연마 헤드에 의하여 연마되는 2 개의 웨이퍼들의 토크 변화들을 모니터링함으로써 종점에 도달하거나 접근해 가는 웨이퍼가 식별된다. 종점에 도달하거나 접근해 가는 웨이퍼가 식별된 후에, 연마 테이블에 대한 연마 테이블 회전 기구에 결합된 전류 센서(34)가 웨이퍼의 종점을 검출하고 결정하기 위하여 사용된다. 2 개의 웨이퍼들 중에 하나가 종점에 도달한 후에 이 웨이퍼의 연마 공정이 중단되지만 다른 웨이퍼의 연마 공정은 전류 센서(34)가 다른 웨이퍼의 종점을 검출하고 결정할 때까지 계속된다. 로드 셀들의 도움을 받아 전류 센서(34)를 사용하여 종점 검출하고 결정하는 이러한 알고리즘은 전류 센서(34)로부터 얻어지는 신호들이 로드 셀들로부터 얻어지는 신호들보다 양질일 때(더 작은 노이즈) 잘 동작한다.
한 실시예에서, 제1 연마 테이블(30a) 상에서 제1 연마 헤드에 의하여 연마되는 반도체 웨이퍼에 대하여 연마 과정의 종점을 검출하기 위하여 로드 셀보다는 헤드 회전기구(53a)에 결합된 전류 센서(36a)가 전류 센서(34)와 함께 사용된다. 전류 센서(36a)는 헤드 회전 기구(53a)에 의하여 연마 헤드(51a)를 회전시키기 위하여 사용되는 전류의 변화를 검출한다.
연마 테이블(30a) 상의 연마 페드와 제1 연마 헤드(51a)에 의하여 연마되는 웨이퍼 사이의 마찰력이 변화할 때, 헤드 회전 기구(53a)의 모터 전류는 그 회전 속도를 유지하기 위하여 변화된다. 전류 센서(36)는 이러한 전류 변화를 검출한다. 전류 센서(36a)를 사용하여 헤드 회전 기구(53a)의 모터 전류 변화를 검출하고 전류 센서(34)를 사용하여 연마 테이블의 모터 전류 변화를 검출함으로써 연마 공정의 종점이 검출된다.
제2 연마 헤드(51a')에 의하여 연마되는 웨이퍼에 대하여 연마 공정의 종점을 검출하기 위하여 제2 연마 헤드(51a')에 대하여 유사한 전류 센서가 사용될 수 있다. 따라서 제1 연마 테이블(30a) 상에서 동시에 연마되는 2 개의 웨이퍼들 각각에 대한 종점이 개별적으로 검출될 수 있다.
구체적으로, 2 개의 연마 헤드들과 결합된 전류 센서들을 사용하여 2 개의 웨이퍼들을 회전시키기 위한 전류의 변화를 모니터링함으로써 종점에 도달하거나 접근해 가는 웨이퍼가 식별된다. 종점에 도달하거나 접근해 가는 웨이퍼가 식별된 후에, 연마 테이블의 연마 테이블 회전 기구에 결합된 전류 센서(34)가 웨이퍼의 종점을 검출하고 결정하기 위하여 사용된다.
2 개의 웨이퍼들 중에 하나가 종점에 도달한 후에 이 웨이퍼의 연마 공정이 중단되지만 다른 웨이퍼의 연마 공정은 전류 센서(34)가 다른 웨이퍼의 종점을 검출하고 결정할 때까지 계속된다. 복수의 전류 센서들(34)을 사용하여 종점 검출하 고 결정하는 이러한 알고리즘은 연마 테이블에 대한 전류 센서(34)로부터 얻어지는 신호들이 연마 헤드들에 대한 전류 센서들들로부터 얻어지는 신호들 보다 양질일 때(더 작은 노이즈) 잘 동작한다.
도6과 도7을 참조하여 패드 컨디셔너 조립체(90a)가 설명된다. 패드 컨디셔너 헤드(91a)는 컨디셔너 회전 및 수직 구동 기구(92a)에 연결되며, 컨디셔너 회전 및 수직 구동 기구는 리드 넛(93a)에 연결된다. 리드 넛(93a)은 컨디셔너 직선 레일(15a)와 리드 스크루(94a)에 미끄러져 움직일 수 있도록 결합된다. 리드 스크루(94a)의 한 쪽 끝이 컨디셔너 직선 이동 모터(도시되지 않음)에 연결된다. 리드 스크루(94a)가 컨디셔너 직선 이동 모터에 의하여 회전됨에 따라 리드 넛(93a)은 리드 스크루(94a)를 따라서 움직인다.
도8로 되돌아가면, 도2의 확장된 연마 장치(10)의 정면도가 보여진다. 연마 장치(1)을 확장된 연마 장치(10)로 변환하기 위하여 연마 장치(1)의 제3 상부 지지 구조물(11c)이 부가 연마 구조물(5)의 일부인 부가 프레임 구조물(7)의 상부 프레임 조립체와 대체된다. 부가 프레임 구조물(7)은 제2 상부 프레임(17b), 제4 하부 지지 구조물(21d), 제2 하부 마운팅 플레이트(22b), 제4 베이스 프레임(23d) 그리고 제4 중간 마운팅 플레이트(25b)도 포함한다. 상부 프레임 조립체는 제4 상부 지지 구조물(33), 제5 상부 지지 구조물(33') 그리고 제2 상부 마운팅 플레이트(12b)를 포함하며 이들은 서로 접합된다.
제4 상부 지지 구조물(33)은 돌출부(18')를 포함하며 돌출부는 제1 상부 마운팅 플레이트(12a)의 함몰부에 단단히 결합된다. 제4 상부 지지 구조물(33)은 제3 중간 마운팅 플레이트(25c)의 상부면에 장착된다. 제5 상부 지지 구조물(33')은 제4 중간 마운팅 플레이트(25d)의 상부면에 장착된다. 제2 상부 프레임(17b)은 제4 및 제5 지지 구조물들(33, 33')에 그들의 상부에 장착된다. 제4 중간 마운팅 플레이트(25d)는 제4 하부 지지 구조물(21d)에 장착되며, 제4 하부 지지 구조물은 수직부(26d)와 경사부(26d')를 포함한다..
수직부(26d)의 한 쪽 끝단은 베이스 프레임(23d)의 제1 끝단 근처에서 제4 베이스 프레임(23d)에 연결되며, 제4 베이스 프레임은 다리들(24d)에 장착된다. 수직부(26d)의 다른 쪽 끝단은 경사부(26d')의 한 쪽 끝단에 연결된다. 경사부(26d')의 다른 끝단은 제4 중간 마운팅 플레이트(25d)의 하부면의 중심부에 연결된다. 제7 및 제8 로드/언로드 스테이션들(40d, 40d')은 제4 중간 마운팅 플레이트(25d)에 장착된다. 제2 하부 마운팅 플레이트(22b)는 제3 및 제4 하부 지지 구조물(21c, 21d)의 수직부위들(26c, 26d)에 장착된다.
부가 연마 구조물(5)는 제2 하부 마운팅 플레이트(22b)에 장착되는 제3 연마 테이블 구동 기구(32c)를 더 포함한다. 제3 연마 테이블(30c)는 회전 샤프트(31c)를 통하여 연마 테이블 구동 기구(32c)에 의하여 회전된다. 부가 연마 구조물(5)은 하부 직선 레일들(13b, 13b'), 상부 직선 레일들(14b, 14b') 그리고 컨디셔너 직선 레일(15c)를 더 포함하며, 이들은 제2 상부 마운팅 플레이트(12b)에 장착된다. 하부 직선 레일(13b')과 상부 직선 레일(14b')은 도8에서 보여지지 않는다.
제3 하부 직선 레일(13b)과 제3 상부 직선 레일(14b)은 레일들(13b, 14b)이 제2 마운팅 플레이트(12a)의 정면의 횡축면에 평행하도록 제2 마운팅 플레이트(12b)의 정면 수직면 상에 장착된다. 따라서 레일들(13b, 14b)는 서로 평행하다. 제3 하부 직선 레일(13b)의 한쪽 끝은 제3 하부 직선 레일(13b)과 제1 하부 직선 레일(13a)이 하나의 곧게 연결된 하부 직선 레일을 형성하도록 제1 하부 직선 레일(13a)의 한쪽 끝과 정렬된다. 마찬가지로 제3 상부 직선 레일(14b)의 한쪽 끝은 제3 상부 직선 레일(14b)과 제1 하부 직선 레일(13a)이 하나의 하부 곧게 연결될 직선 레일을 형성하도록 제1 상부 직선 레일(14a)의 한쪽 끝과 정렬된다.
제3 하부 직선 레일(13b) 및 제3 상부 직선 레일(14b)와 유사하게, 제4 하부 직선 레일(13b')과 제4 하부 직선 레일(14b')은 레일들(13b', 14b')이 제2 마운팅 플레이트(12b)의 뒷면의 횡축면에 평행하도록 제2 마운팅 플레이트(12b')의 뒤면 수직면 상에 장착된다.
따라서 레일들(13b', 14b')은 서로 평행하며 레일들(13b, 14b')과도 평행하다. 제4 하부 직선 레일(13b')의 한쪽 끝은 제4 하부 직선 레일(13b')과 제2 하부 직선 레일(13a')이 하나의 하부 곧게 연결된 직선 레일을 형성하도록 제2 하부 직선 레일(13a')의 한쪽 끝에 정렬된다. 마찬가지로 제4 상부 직선 레일(14b')의 한쪽 끝은 제4 상부 직선 레일(14b')과 제2 상부 직선 레일(14a')이 하나의 곧게 연결된 하부 직선 레일을 형성하도록 제2 상부 직선 레일(14a')의 한쪽 끝에 정렬된다.
제5 연마 헤드 조립체(50c)는 제3 하부 및 상부 직선 레일들(13b, 14b)에 장착된다. 제5 연마 헤드 조립체(50c)는 제1 및 제3 하부 직선 레일들(13a, 13b)에 의하여 형성된 곧게 연결된 하부 직선 레일과 제1 및 제3 상부 직선 레일들(14a, 14b)에 의하여 형성된 곧게 연결된 상부 직선 레일을 따라서 제5 로드/언로드 스테이션(40c), 제3 연마 테이블(30c) 그리고 제7 연마 로드/언로드 스테이션(40d) 사이에서 움직인다.
제5 연마 헤드 조립체(50c)는 도6 및 도7을 참조하여 앞에서 설명한 것처럼 리드 스크르(71a)와 헤드 이동 모터(70a)를 사용하는 제1 연마 헤드 조립체(50a)와 유사한 방식으로 헤드 구동 모터(70a')에 연결되는 리드 스크루(71c)를 사용하여 직선으로 움직여 진다. 도시되지는 않았지만, 제6 연마 헤드 조립체(50c')은 제4 하부 및 상부 직선 레일들(13b', 14b')에 장착된다. 제6 연마 헤드 조립체(50c')는 제2 및 제4 하부 직선 레일들(13a', 13b')에 의하여 형성된 하부 직선 레일과 제2 및 제4 상부 직선 레일들(14a', 14b')에 의하여 형성된 상부 직선 레일을 따라서 제6 로드/언로드 스테이션(40c'), 제3 연마 테이블(30c) 그리고 제8 연마 로드/언로드 스테이션(40d') 사이에서 움직인다.
제6 연마 헤드 조립체(50c')는 도6 및 도7을 참조하여 앞에서 설명한 것처럼 리드 스크르(71a)와 헤드 이동 모터(70a)를 사용하는 제1 연마 헤드 조립체(50a)와 유사한 방식으로 헤드 구동 모터에 연결되는 리드 스크루를 사용하여 직선으로 움직여 진다. 한 실시예에서, 제5 및 제6 연마 헤드 조립체들(50c, 50c')에 대하여 토크의 변화를 검출하기 위하여 로드 셀(도시되지 않음)이 사용된다. 연마 헤드들(51c, 51c')에 의하여 연마되는 각 웨이퍼에 대한 연마 과정의 종점을 검출하기 위하여, 제5 및 제6 연마 헤드 조립체들(50c, 50c') 각각에 대한 로드셀이 연마 테이블 구동 기구(32c)의 모터에 결합되는 전류 센서(34)와 함께 사용된다. 한 대체 실시예에서, 제5 및 제6 연마 헤드 조립체들(50c, 50c')에서 부가 전류 센서들(36c, 36c')이 연마 헤드들(51c, 51c', 도시 되지 않음)을 회전시키기 위하여 사용되는 전류의 변화를 검출하기 위하여 사용된다.
연마 헤드들(51c, 51c')에 의하여 연마되는 각 웨이퍼에 대한 연마 과정의 종점을 검출하기 위하여, 제5 및 제6 연마 헤드 조립체들(50c, 50c')에 대한 부가 전류 센서들(36c, 36c')이 연마 테이블 구동 기구(32c)의 모터에 결합된 전류 센서(34)와 함께 사용된다. 제3 컨디셔너 직선 레일(15c)은 제2 마운팅 플레이트(12b)의 바닥면에 장착되며 레일들(13b, 13b', 14b, 14b')에도 평행하다. 제2 마운팅 플레이트(12b)의 하부면은 마운팅 플레이트(12b)의 앞뒷면들과 수직이다. 제3 패드 컨디셔너 조립체(90c)는 제3 컨디셔너 직선 레일(15c)에 미끄러져 움직일 수 있도록 결합된다.
도9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치(1)에 대한 패드 컨디셔너 조립체가 설명된다. 도9의 연마 장치(1)에서 컨디셔너 회전 및 수직 구동 기구(92a)는 마운팅 플레이트(77)에 연결된다. 마운팅 플레이트(77)은 상부 수평부(77a), 하부 수평부(77b)그리고 수직부(77c)를 포함하는 "ㄷ" 형상을 가진다. 마운팅 플레이트(77)의 상부 수평부(77a)는 얇은 목 부위(81)을 포함하는데, 이는 뒤에 설명할 하부 및 상부 레일 그리퍼들(47a, 48a, 47a', 48a')의 얇은 목 부위들과 유사하다.
마운팅 플레이트(77)의 상부 수평부(77a)는 리드 넛(93a)에 결합된다. 마운팅 플레이트(77)의 하부 수평부(77b)는 컨디셔너 회전 및 수직 구동 기구(92a)에 연결된다. 상부 수평부(77a)와 하부 수평부(77b)는 수직부(77c)를 통하여 서로 연결된다. 리드 넛(93a)은 컨디셔너 직선 레일(15a) 및 리드 스크루(94a)와 미끄러져 움직일 수 있도록 결합된다. 리드 스크루(94a)는 컨디셔너 회전 모터(도시되지 않음)에 연결된다. 컨디셔너 직선 이동 모터는 제1 상부 마운팅 플레이트(12a)에 장착된다. 리드 넛(93a)은 리드 스크루(94a)가 컨디셔너 직선 이동 모터에 의하여 회전됨에 따라 리드 스크루(94a)를 따라서 움직인다.
도9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치(1)가 설명된다. 도9는 인클로징 구조물(78)과 연마 장치(1)의 단면을 보여 준다. 도9의 연마 장치에서 하부 및 상부 레일 그리퍼들(47a, 48a, 47a', 48a')은 각각의 얇은 목 부위들(81)을 통하여 각각의 연마 헤드 조립체 플레이트들(45a, 45a')에 연결된다.
도9에 나타내어 진 것처럼, 인클로징 구조물(78)은 제1 상부 마운팅 플레이트(12a), 하부 직선 레일들(13a, 13a'), 상부 직선 레일들(14a, 14a'), 컨디셔너 직선 레일들(15a), 대부분의 하부 직선 그리퍼들(47a, 47a'), 대부분의 상부 직선 그리퍼들(48a, 48a'), 리드 넛(93a), 리드 스크구(94a) 그리고 연마 장치(1)의 모든 다른 유사한 구성원들을 감싼다.
인클로징 구조물(78)은 마운팅 플레이트(77)의 수평부(77a)의 일부도 감싼다. 인클로징 구조물(78)은 마운팅 플레이트(77)의 수평부(77b)는 감싸지 않는다. 따라서 연마 헤드들(51a, 51a', 51b, 51b', 51c, 51c')과 패드 컨디셔너(91a, 91b)는 인클로징 구조물(78)의 바깥 쪽에 있다.
연마 장치(1)을 참조하여 인클로징 구조물(78)이 설명되었으나, 인클로징 구 조물(78)은 확장된 연마 장치(10)의 유사한 구성원들을 감싸기 위하여 확장된 연마 장치(10)에 사용되도록 개조될 수도 있다. 인클로징 구조물(78)은 하부 및 상부 레일 그리퍼들(47a, 48a, 47a', 48a')의 얇은 목 부위(81)와 마운팅 플레이트(77)의 얇은 목 부위(81)에 대한 직선 방향으로 뻗어 있는 개구부를 포함한다. 목 부위들(81)은 인클로징 구조물(78)의 개구부들을 따라서 움직인다. 개구부들은 목 부위들(81)과 차폐 물질(sealing) 사이의 마찰이 연마 패드들로 떨어져서 웨이퍼에 해를 끼칠 수 있는 단단한 입자들을 만들어 내지 못하도록 테프론, 폴리우레탄, 실리콘 고무 등과 같은 부드러운 폴리머 재로(79)로 차폐된다. 하부 및 상부 레일 그리퍼들(47a, 48a, 47a', 48a')의 목 부위들(81)은 이와 결합된 헤드 조립체들이 직선 레일들(13a, 14a) 또는 직선 레일들(13a', 14a')을 따라서 움직일 때 차폐제를 통해서 움직인다.
도10에 나타내어 진 것처럼, 각각의 목 부위(81)의 양 끝단들은 날카롭게 형태를 만들 수 있다. 즉, 목 부위(81)의 각 끝은 날카로운 점으로 경사면 가공될 수 있다. 이러한 구성은 인클로징 구조물(78)의 개구부가 도10에 나타내어진 것처럼 차폐제에 의하여 목 부위(81)의 끝단들(83)에서 단단하게 차폐되어지는 것을 확실하게 해 준다.
본 발명에 따르면 다단계의 CMP 공정을 용이하게 실시할 수 있다. 본 발명의 실시예들과 작동 방법들이 기술되었으나 본 발명은 위에 기술된 특정한 실시예들이나 작동 방법들에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 실시에 필요하지 않은 많은 세부 사항들이 기술되었으나 이러한 세부 사항들은 본 발명을 만들고 사용하기 위한 최적의 작동, 방식, 공정을 충분히 공개하기 위하여 포함되었다. 다음 실시예들에서 표현되는 사상과 관점으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 특정한 형태와 디자인이 수정될 수 있다.

Claims (29)

  1. 주 프레임 구조물에 결합되어 동작하는 복수의 연마 테이블들, 복수의 연마 헤드들 및 복수의 로드/언로드 스테이션을 포함하며, 상기 연마 헤드들 각각이 상기 연마 테이블들의 하나와 상기 로드/언로드 스테이션들 중 적어도 하나 사이에서 움직일 수 있도록 상기 연마 헤드들이 상기 주 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합되는, 주 연마 구조물; 및
    부가 프레임 구조물에 결합되어 동작하는 부가 연마 테이블 및 부가 연마 헤드를 포함하는 부가 연마 구조물을 포함하며,
    상기 부가 연마 구조물이 상기 부가 연마 테이블과 상기 부가 연마 헤드를 포함하는 더 큰 연마 구조물을 형성하기 위하여 상기 부가 연마 구조물이 상기 주 연마 구조물에 부착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드들 각각이 상기 연마 테이블들의 하나와 상기 로드/언로드 스테이션들의 적어도 하나 사이에서 직선적으로 움직이도록 상기 연마 헤드들이 상기 주 프레임 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부가 연마 구조물이 적어도 하나의 부가 로드/언로드 스테이션을 더 포함하며 상기 부가 연마 헤드들이 상기 부가 연마 테이블, 상기 적 어도 하나의 부가 로드/언로드 스테이션들 및 상기 주 연마 구조물의 상기 로드/언로드 스테이션들의 하나 사이에서 직선적으로 움직여 질 수 있도록 상기 부가 연마 구조물이 상기 부가 프레임 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 연마 헤드들 각각이 상기 로드/언로드 스테이션들 중의 2 개와 상기 로드/언로드 스테이션들의 상기 2 개 사이에 위치한 상기 연마 테이블들의 하나 사이에서 직선으로 움직일 수 있도록, 상기 연마 테이블들이 상기 주 프레임 구조물에 결합하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연마 테이블 상에서 웨이퍼들을 쌍으로 동시에 연마하기 위하여 상기 연마 헤드들의 각각의 쌍이 상기 연마 테이블들의 하나로 직선적으로 움직여 질 수 있도록 상기 연마 헤드들의 각각의 쌍이 상기 주 프레임 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 주 프레임 구조물은 상부 마운팅 플레이트의 수직면 상에 장착된 적어도 하나의 직선 레일들을 가지는 상기 상부 마운팅 플레이트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 직선 레일들은 상기 연마 헤드들의 적어도 하나를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 부가 직선 레일이 상기 상부 마운팅 플레이트의 또 다른 수직면 상에 장착되며, 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일들은 상기 연마 헤드들의 적어도 다른 하나를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 상기 연마 헤드들 각각에 대한 헤드 이동 모터에 연결되는 리드 스크루를 포함하며, 상기 리드 스크루와 상기 헤드 이동 모터는 상기 연마 헤드를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 연마 종점 검출을 위하여 토크의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 헤드들의 적어도 하나에 대한 상기 헤드 이동 모터에 연결되는 로드 셀을 포함하며, 상기 주 연마 구조물은 연마 테이블 구동 기구에 의하여 사용되는 전류의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 테이블들의 적어도 하나에 대한 상기 연마 테이블 구동 기구에 연결되는 전류 센서를 포함하며, 상기 로드 셀은 상기 연마 종점 검출의 위한 상기 전류 센서와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 헤드 회전 기구에 의하여 사용되는 전류의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 헤드들의 적어도 하나에 대한 상기 헤드 회전 기구에 연결되는 전류 센서를 포함하며, 상기 주 연마 구조물은 상기 연마 테이블에 의하여 사용되는 전류의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 테이블의 적어도 하나에 대한 연마 테이블 회전 기구에 연결되는 또 다른 전류 센서를 포함하며, 상기 전류 센서가 상기 연마 종점 검출을 위하여 상기 또 다른 전류 센서와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 부가 프레임 구조물이 부가 상부 마운팅 플레이트의 수직면 상에 장착된 적어도 하나의 부가 직선 레일을 갖는 상기 부가 상부 마운팅 플레이트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일은 상기 부가 연마 구조물이 상기 주 연마 구조물에 부착될 때 상기 주 프레임 구조물의 적어도 하나의 직선 레일과 정렬되며, 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일은 상기 부가 연마 헤드를 직선적으로 안내하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 주 연마 구조물이 상기 연마 테이블들 각각에 대한 패드 컨디셔너를 포함하며, 컨디셔너 직선 레일이 상기 상부 마운팅 플레이트의 하부면에 장착되고, 상기 컨디셔너 직선 레일은 상기 패드 컨디셔너를 직선으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 패드 컨디셔너가 "ㄷ"자 형상을 가지는 마운팅 플레이트에 부착되며, 상기 마운팅 플레이트는 상부 수평부, 하부 수평부 및 상기 상부 및 하부 수평부들을 연결하는 수직부를 가지며, 상기 마운팅 플레이트는 상기 패드 컨디셔너를 상기 패드 컨디셔너 직선 레일로 연결하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연마 헤드들과 상기 패드 컨디셔너들이 인클로징 구조물의 외부에 위치하도록 상기 상부 마운팅 플레이트를 감싸 주는 인클로징 구조물을 더 포함하며, 상기 인클로징 구조물은 상기 연마 헤드들과 상기 마운팅 플레이트의 상기 상부 수평부에 대한 레일 그리퍼들의 목 부위들을 받아 들이기 위한 개구부들을 포함하며, 상기 레일 그리퍼들이 상기 연마 헤드들을 상기 적어도 하나의 직선 레일들에 연결하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 인클로징 구조물의 적어도 몇 개의 개구부들이 차폐재로 차폐되며, 상기 목 부위들은 상기 인클로징 구조물의 상기 개구부들이 상기 목 부위들의 양쪽 끝단에서 상기 차폐재에 의하여 차폐되도록 각각의 목 부위가 점으로 경사지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  16. 주 프레임 구조물에 결합되어 동작하는 복수의 연마 테이블들, 복수의 연마 헤드들 및 복수의 로드/언로드 스테이션들을 포함하며, 상기 연마 테이블들 각각이 상기 로드/언로드 스테이션들 사이에 위치하도록 상기 연마 테이블들과 상기 로드/ 언로드 스테이션들이 배치되며, 상기 연마 헤드들 각각이 상기 연마 테이블들의 하나와 상기 로드/언로드 스테이션들 중 두 개 사이에서 직선으로 움직일 수 있도록 상기 연마 헤드들이 상기 주 프레임 구조물에 결합되며, 상기 연마 테이블들의 상기 하나가 상기 로드/언로드 스테이션들의 상기 2 개 사이에 위치하는, 주 연마 구조물; 및
    부가 프레임 구조물에 결합되어 동작하는 부가 연마 테이블, 부가 연마 헤드 및 복수의 부가 로드/언로드 스테이션들을 포함하는 부가 연마 구조물을 포함하며,
    상기 부가 연마 구조물이 상기 부가 연마 테이블, 상기 부가 연마 헤드 및 상기 부가 로드/언로드 스테이션들을 포함하는 더 큰 연마 구조물을 형성하기 위하여 상기 부가 연마 구조물이 상기 주 연마 구조물에 부착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 부가 연마 헤드가 상기 부가 연마 테이블, 상기 부가 로드/언로드 스테이션들의 하나 그리고 상기 주 연마 구조물의 상기 로드/언로드 스테이션들의 하나 사이에서 직선적으로 움직이도록 상기 부가 연마 헤드가 상기 부가 프레임 구조물에 부착되고 상기 부가 연마 구조물이 상기 주 연마 구조물에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 연마 테이블 상에서 웨이퍼들을 쌍으로 동시에 연마하기 위하여, 상기 연마 헤드들의 각각의 쌍이 상기 연마 테이블들의 하나로 직선적으로 움직여 질 수 있도록 상기 연마 헤드들의 각각의 쌍이 상기 주 프레임 구조물에 움직일 수 있도록 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 주 프레임 구조물은 상부 마운팅 플레이트의 수직면 상에 장착된 적어도 하나의 직선 레일들을 가지는 상기 상부 마운팅 플레이트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 직선 레일들은 상기 연마 헤드들의 적어도 하나를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  20. 제19항에 있어서, 적어도 하나의 부가 직선 레일이 상기 상부 마운팅 플레이트의 또 다른 수직면 상에 장착되며, 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일들은 상기 연마 헤드들의 적어도 다른 하나를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 상기 연마 헤드들 각각에 대한 헤드 이동 모터에 연결되는 리드 스크루를 포함하며, 상기 리드 스크루와 상기 헤드 이동 모터는 상기 연마 헤드를 직선적으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 연마 종점 검출을 위하여 토크의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 헤드들의 적어도 하나에 대한 상기 헤드 이동 모터에 연결되는 로드 셀을 포함하며, 상기 주 연마 구조물은 연마 테이블 구동 기구에 의하여 사용되는 전류의 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 테이블들의 적어도 하나에 대한 상기 연마 테이블 구동 기구에 연결되는 전류 센서를 포함하며, 상기 로드 셀은 상기 연마 종점 검출의 위한 상기 전류 센서와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 주 연마 구조물은 헤드 회전 기구에 의하여 사용되는 전류의 변화들을 검출하기 위하여 상기 연마 헤드들의 적어도 하나에 대한 상기 헤드 회전 기구에 연결되는 전류 센서를 포함하며, 상기 주 연마 구조물은 연마 테이블 구동 기구에 의하여 사용되는 전류 변화를 검출하기 위하여 상기 연마 테이블들의 적어도 하나에 대한 상기 연마 테이블 구동 기구에 연결되는 또 다른 전류 센서를 포함하며, 연마 종점 검출을 위하여 상기 전류 센서는 상기 또 다른 전류 센서와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  24. 제19항에 있어서, 상기 부가된 프레임 구조물은 부가 상부 마운팅 플레이트의 수직면 상에 장착된 적어도 하나의 부가 직선 레일들을 가지는 상기 부가 상부 마운팅 플레이트를 포함하며, 상기 부가 연마 장치가 상기 주 연마 구조물에 부착될 때 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일들이 상기 주 연마 구조물의 상기 적어도 하나의 직선 레일들과 정렬되며, 상기 적어도 하나의 부가 직선 레일들이 상기 부가 연마 헤드를 직선적으로 이동하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  25. 제19항에 있어서, 상기 주 연마 구조물이 상기 연마 테이블들 각각에 대한 패드 컨디셔너를 포함하며, 컨디셔너 직선 레일이 상기 상부 마운팅 플레이트의 하부면에 장착되고, 상기 컨디셔너 직선 레일은 상기 패드 컨디셔너를 직선으로 움직이기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 패드 컨디셔너가 "ㄷ"자 형상을 가지는 마운팅 플레이트에 부착되며, 상기 마운팅 플레이트는 상부 수평부, 하부 수평부 및 상기 상부 및 하부 수평부들을 연결하는 수직부를 가지며, 상기 마운팅 플레이트는 상기 패드 컨디셔너를 상기 패드 컨디셔너 직선 레일로 연결하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 연마 헤드들과 상기 패드 컨디셔너들이 인클로징 구조물의 외부에 위치하도록 상기 상부 마운팅 플레이트를 감싸 주는 인클로징 구조물을 더 포함하며, 상기 인클로징 구조물은 상기 연마 헤드들과 상기 마운팅 플레이트의 상기 상부 수평부에 대한 레일 그리퍼들의 목 부위들을 받아 들이기 위한 개구부들을 포함하며, 상기 레일 그리퍼들이 상기 연마 헤드들을 상기 적어도 하나의 직선 레일들에 연결하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 인클로징 구조물의 적어도 몇 개의 개구부들이 차폐재로 차폐되며, 상기 목 부위들은 상기 인클로징 구조물의 상기 개구부들이 상기 목 부위들의 양쪽 끝단에서 상기 차폐재에 의하여 차폐되도록 각각의 목 부위가 점으로 경사지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
  29. 주 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합된 제1 연마 테이블, 제1 연마 헤드 및 제1 로드/언로드 스테이션을 포함하는 상기 주 연마 구조물을 포함하며, 상기 제1 연마 헤드는 상기 제1 연마 헤드가 제1 직선 레일을 사용하여 반도체 웨이퍼들을 상기 제1 연마 테이블로부터 상기 제1 로드/언로드 스테이션으로 직선적으로 이송할 수 있도록 상기 주 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합되는, 주 연마 구조물; 및
    부가 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합된 제2 연마 테이블과 제2 연마 헤드를 포함하며, 상기 제2 연마 헤드가 상기 반도체 웨이퍼들을 제1 로드/언로드 스테이션으로부터 받아서 제2 연마 테이블에서 연마할 수 있도록 제2 연마 헤드가 적어도 제2 직선 레일을 사용하여 제1 로드/언로드 스테이션으로부터 제2 연마 테이블로 반도체 웨이퍼들을 직선적으로 이송할 수 있도록 부가 프레임 구조물에 동작할 수 있도록 결합되는, 부가 연마 구조물을 포함하며,
    상기 부가 연마 구조물이 제1 직선 레일과 제2 직선 레일이 하나의 곧게 연결된 직선 레일을 형성하게끔 정렬되도록 주 연마 구조물에 장착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 장치.
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